架空絕緣導線固定線夾的研制及實驗驗證

鄭凌娟，張明龍，周 瑞，王 健，李衍川，錢 健，方伊莉，范武健，金 偉

（1 國網福建省電力有限公司電力科學研究院，福建福州350007；2 南京電力金具設計研究院有限公司，江蘇南京211500；3 南京國電電力金具質量檢驗測試中心有限公司，江蘇南京211500)

1 研制背景

福建地處東南沿海，因而鹽霧危害較為嚴重，尤其是福清、南安和東山等地區，鹽霧腐蝕嚴重危害了輸電線路的安全運行，縮短了輸電線路的使用壽命，增加了線路維護的工作量。隨著架空絕緣導線的廣泛使用，傳統采用BV 綁扎線固定絕緣導線的方式出現了越來越多的問題，特別是在沿海區域，受長時間的鹽霧腐蝕和風振應力腐蝕，綁扎部位甚至出現嚴重的斷線事故，這給配網線路的運維工作帶來了巨大挑戰，嚴重影響配網線路運行的可靠性［1-3］。

如圖1 所示，絕緣導線綁扎部位絕緣層燒蝕現象嚴重，導線內部已嚴重腐蝕，表面出現粉狀的氧化物，且鋁股之間充滿結晶物，鹽霧的長期侵蝕導致破損的鋁線機械強度降低，嚴重的將會出現斷線事故，嚴重威脅了輸電線路的安全穩定運行。通過觀察發現，輸電線路的斷線現象都是由導線絕緣層破損引發的，而如何避免絕緣層的破損，成為解決斷線事故發生的關鍵［4-5］。而進一步研究表明，架空絕緣導線絕緣層的破損主要有以下幾個誘因：(1)沿海地區鹽霧濃度大，綁扎部位污染物集聚，在放電作用下容易發生灼燒現象；(2) 傳統綁扎線內含有銅芯，由于感應電流產生的熱量也會造成絕緣層的損傷；(3) 沿海地區的風振，造成導線絕緣層表面出現損傷，表面電場不均勻引發局部放電的發生［6-8］。

圖1 絕緣導線破損圖Fig. 1 Damaged photos of insulation wire

因此，為了降低鹽霧對沿海輸電線路的危害，提高架空線路的安全系數，避免由于綁扎線造成的絕緣線斷線事故，新型架空絕緣導線固定線夾的研制具有一定的現實意義。

2 方案設計

基于以上問題，新型固定線夾改變了傳統的綁扎方式，提出了一種具有高強度、耐腐蝕和兼具柔韌性特點的整體式固定線夾，不僅安裝過程簡單、結構可靠，而且能很好地保護導線絕緣層，提高絕緣導線的使用壽命。

2.1 結構與功能

架空絕緣導線固定線夾結構組成如圖2 所示，主要由整體式固定線夾本體和緊固件組成，而整體式固定線夾本體又由絕緣導線線夾和絕緣子線夾組成，通過線夾本體上緊固件的收緊，實現絕緣導線與支柱瓷絕緣子的可靠連接。考慮到該型線夾應用于沿海高鹽霧、多季風區域，線夾本體采用高強度、耐候性能好的高分子復合材料，緊固件也采用防腐型不銹鋼材料，以此來提高固定線夾的整體使用壽命［9］。

圖2 固定線夾三維圖Fig. 2 Three-dimensional model of wire clip

此外，絕緣子線夾的圓形抱箍與支柱瓷絕緣子的頸部能實現緊密配合，且在夾頭部位設置凸臺，在緊固件收緊的時候，能實現更好的夾緊效果，達到即使在強風作用下線夾本體也不會從支柱瓷絕緣子上脫落的目的。而通過導線線夾緊固件的收緊能達到線夾本體對絕緣導線的足夠握力，且導線線夾兩端設置大圓角，減少固定線夾對導線的損傷［10］。

2.2 實施效果

架空絕緣導線固定線夾安裝效果如圖3 所示。當安裝新的線路時，只需按照圖3 位置掰開導線線夾和絕緣子線夾，再按照規定的扭力矩值安裝緊固件；當改造舊線路時，遇到綁扎部位破損的，需先用絕緣膠帶先把原有破損的導線絕緣層包裹好，再安裝固定線夾。

圖3 固定線夾安裝效果圖Fig. 3 Installation effect of wire clip

新型固定線夾相比于傳統的BV 綁扎線固定方式，具有以下優勢：(1) 現場安裝方便。采用高強度復合柔性材料注塑而成的整體式固定線夾，在滿足可靠性的前提下，不僅制造成本較低，而且安裝方便，大大降低了安裝人員的工作強度；(2) 提高絕緣導線使用壽命。柔性材料的運用，避免了傳統BV 綁扎線因導線舞動產生的應力集中和局部放電，進而導致絕緣層破損和斷線事故，提高了絕緣導線的使用壽命；(3) 提高柱式瓷絕緣子使用壽命。采用傳統BV 綁扎線固定絕緣導線時，由于BV線內含有銅芯，縮短了絕緣子的爬電距離，增大絕緣子表面出現閃絡和遭遇雷擊的概率，這從側面也起到了保護支柱瓷絕緣子的目的；(4) 夾頭具有一定的通用性。考慮到不同廠家的絕緣導線和針式瓷絕緣子尺寸存在偏差，而且有些絕緣層破損的導線在安裝前需要纏繞絕緣膠帶，因而整體式固定線夾采用大開檔結構，在保證夾緊力的同時，也能很好地適應一定的尺寸偏差范圍。

3 實驗驗證

3.1 材料性能

根據實地調研和分析表明，架空絕緣導線固定線夾的材料除了具有足夠抗拉強度外，還得具有耐鹽霧腐蝕性、耐熱空氣老化性、抗紫外線、絕緣性和一定柔韌性等。

根據材料性能要求，優選了表1 所示的改性TPU 和改性尼龍材料，進行相關對比分析。

表1 材料主要性能參數Table 1 Main performance parameters of materials

3.2 握力試驗

架空絕緣導線固定線夾的作用，除了把絕緣導線固定在支柱瓷絕緣子上，防止絕緣導線的脫落。此外，還應該具有一定的握力，防止絕緣導線發生軸線方向上的串動。

架空絕緣導線固定線夾的通流握力試驗如圖4 所示，考慮到絕緣導線的實際運行溫度在80℃～90℃之間，因而在測量固定線夾握力值時對絕緣導線進行了通流，待絕緣導線溫度穩定后，又進行了一段時間的通流飽和，穩定后用臥式拉力機測量握力值，具體測試條件和測試結果見表2 和表3。

表2 握力測試條件及測量值Table 2 Grip strength test conditions and measurements

表3 握力測試結果Table 3 Grip strength test results

圖4 固定線夾握力試驗圖Fig. 4 Grip strength test photos of wire clip

3.3 抗拉試驗

福建沿海地區屬南亞熱帶氣候，每年7～9 月份為臺風季，因此線夾強度對于絕緣導線的固定起到至關重要的作用。

架空絕緣導線固定線夾的通流強度試驗如圖5所示，考慮到福建沿海7～9 月份，地面溫度可能達到60℃。因此，在考慮絕緣導線通流的前提下，再用熱烘機對線夾表面進行持續加熱，使線夾整體溫度也能達到60℃，盡可能模擬出固定線夾所處真實環境，具體測試條件和測試結果見表2 和表4。

圖5 固定線夾強度試驗圖Fig. 5 Damage strength test photos of wire clip

表4 強度測試結果Table 4 Damage strength test results

3.4 安全系數

根據DL/T 5220-2005《10kV 及以下架空配電線路設計技術規程》標準，風向與線路垂直情況下，導線風載荷的標準值計算公式為：

其中：αaμ為風載荷檔距系數，風速達到35m/s 及以上時，αaμ=0.7；με為 風荷載體系數，當d≥17mm，με取1.1；d為導線覆冰后的計算外徑；Lw為水平檔距，m；WO為基準風壓標準值，kN/m2。

該標準中又規定，10kV 及以下架空配電線路中，絕緣子及金具的機械強度安全系數為2.5，以上材料的安全系數經計算見表5。

表5 機械強度安全系數Table. 5 Safety coefficient of mechanical strength

3.5 對比分析

根據以上材料的握力、強度對比分析可知，TPU-A、TPU-B 和改性尼龍-A 符合標準要求。考慮到線夾材質軟硬度對現場安裝便利性的影響，以及材質抗老化性等綜合性能對比，最終選定改性TPU-B 作為架空絕緣導線固定線夾的優選材料。

3.6 熱老化試驗

由于固定線夾安裝在戶外，常年遭受陽光直射，這就對復合材料的材質性能提出了較高的要求。因此，需要對線夾材質的耐熱性提出一定的要求。

參照DL/T 765.3-2004《額定電壓10kV 及以下架空絕緣導線金具》相關標準，對線夾材料進行熱老化試驗，試驗結果見表6。

表6 熱老化試驗結果Table 6 Heat aging test results

從試驗結果可知，該種材料熱老化前的抗張強度不低于10MPa，斷裂伸長率不低于300%，在100℃空氣箱中老化168h 后的斷裂伸長率也不小于300%。因此，該材料滿足熱老化試驗要求。

3.7 鹽霧條件下的耐壓試驗

該線夾應用于沿海高鹽霧地區，線夾表面往往會附著一層鹽分，在陰雨天的情況下，線夾表面的鹽霧融化成濃鹽水，這種情況是否會降低瓷絕緣子的爬電間隙，進而造成閃絡現象的發生。因此，有必要對線夾進行鹽霧附著條件下的耐壓試驗，避免閃絡發生。

固定線夾在表面附著鹽霧條件下的耐壓試驗如圖6所示，當交流電達到42kV，并飽和1min 后，瓷絕緣子表面并未出現閃絡或擊穿現象。因而可以得出，固定線夾在附著鹽霧的情況下并未降低瓷絕緣子的電氣爬距。

圖6 固定線夾耐壓試驗圖Fig. 6 Overvolatage withstand test photos of wire clip

3.8 實際掛線運行

為了檢驗固定線夾的實際掛線運行效果，同時驗證線夾設計思路的合理性，現將固定線夾實際并網運行（圖7）。到目前為止，固定線夾已經過一次污閃高發期，從使用效果看，各項運行狀況良好，滿足現場的使用要求，后期還會持續跟蹤固定線夾的運行狀況。

圖7 線夾掛線運行圖Fig. 7 Line installation photos of wire clip

4 結論

(1) 沿海配網線路中，傳統BV 綁扎線固定絕緣導線的方式，已經很難滿足需求。因為這種固定方式不僅損傷絕緣導線的絕緣層，嚴重的導致斷線事故，而且綁扎過程過于繁瑣，無形中增加了運維工作量。

(2) 采用整體式絕緣導線固定線夾，不僅現場安裝方便，大大提高了工作效率，而且能更好地保護絕緣導線和保障支柱瓷絕緣子的安全爬距，避免了因傳統綁扎線的風振應力和鹽霧腐蝕造成導線絕緣層的破損和斷線。

(3) 固定線夾本體采用高強度復合柔性材料，不僅能滿足線夾的現場安裝需求，而且也能抵御強臺風和戶外高溫對于線夾施加的作用力，提高線夾的使用可靠性。